CN105811380A - 一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，包括：利用傅立叶递推算法计算输电线路电流相量；利用傅立叶递推算法计算输电线路故障后电流突变量；根据电流相量和电流相量的突变量分别构造各自的电流差动保护判据；当其中一个电流差动保护判据满足时，保护动作。本发明技术方案克服了数据窗对电流差动保护速动性和灵敏性的影响，显著提高了电流差动保护的动作速度。

Description

一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法

技术领域

本发明涉及继电保护领域，更具体涉及一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法。

背景技术

电流差动保护作为超/特高压输电线路的主保护在全世界电网中得到广泛的应用。目前国内外线路保护采用的电流差动保护原理，包括稳态量差动保护、突变量差动保护、采样值差动保护等。其中稳态量差动保护与突变量差动保护利用线路故障后的电流相量，计算电流相量需要进行傅立叶变换，傅立叶变换需要故障后半波(10ms)或全波(20ms)数据窗，增加了电流差动保护的动作延时，而且利用半波或全波数据窗产生的跨窗效应，影响电流差动保护的灵敏度。通过缩短数据窗无法有效提取故障后的电流相量。且采样值差动保护在电流过零点附近的灵敏度较低，需要采取表决方式进行跳闸，且在实际输电线路中并未得到广泛应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，克服了数据窗对电流差动保护速动性和灵敏性的影响，显著提高了电流差动保护的动作速度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，包括：

通过计算而获取输电线路电流相量；

通过计算而获取输电线路故障后电流相量；

根据电流相量和电流突变量相量分别构造各自的电流差动保护判据；

当二者任一所述电流差动保护判据满足时，保护动作。

对于每一个采样点，在保护启动后，进入故障处理模块中，利用傅立叶递推算法获取输电线路故障后电流相量。所述输电线路故障后电流相量通过下式确定：

$\stackrel{\·}{I}\left(t_k\right)=a\left(t_k\right)+jb\left(t_k\right)$

为故障后电流相量, $a\left(t_k\right)=a_0+\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$ a₀、b₀为利用傅立叶递推算法计算相量的初值，t_k为启动后第k个点，N为一个周波的采样点数。

所述输电线路电流相量初值通过下式确定：

${\stackrel{\·}{I}}_0=a_0+{\mathrm{jb}}_0$

其中， $a_0=\frac{2}{N}\underset{k=-N}{\overset{0}{\Σ}}i\left(t_k\right)cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$ $b_0=\frac{2}{N}\underset{k=-N}{\overset{0}{\Σ}}i\left(t_k\right)sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}.$

利用傅立叶递推算法计算故障后突变量电流相量公式为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\left(t_k\right)=\mathrm{\Δ}a\left(t_k\right)+j\mathrm{\Δ}b\left(t_k\right)$

其中， ${\mathrm{\Δa}}_k\left(t_k\right)=\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$ ${\mathrm{\Δb}}_k\left(t_k\right)=\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}.$

利用电流相量构造的电流差动保护判据为：

$\left|{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n\right|>0.7\left|{\stackrel{\·}{I}}_m-{\stackrel{\·}{I}}_n-0.5{\stackrel{\·}{I}}_{fh}\right|$

其中，和为输电线路两侧的电流相量，

利用突变量电流相量构造的电流差动保护判据为：

$\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_m+\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_n\right|>0.7\left|k_1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{max}-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{min}\right|$

其中，和为输电线路两侧的电流相量的突变量，k₁为制动系数,且k₁＝0.35，为对应的电流突变量相量，为对应的电流突变量相量。

利用电流相量构造的电流差动保护判据和利用突变量电流相量构造的电流差动保护判据通过“或”门输出。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案简便，易行，可靠性高；

2、本发明技术方案减少了电流差动保护的动作延时，及时对故障进行保护；

3、本发明技术方案有效提取了故障后的电流相量，为以后电流差动保护的其他保护形式提供了技术贡献；

4、本发明技术方案更好的保护了超/特高压输电线路。

附图说明

图1为本发明实施例的方法的判据逻辑图。

具体实施方式

本例的发明提供一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例一：

1)采集线路两侧各自三相电流采样值，利用傅立叶算法计算相量初值，计算公式为

$a_{m0}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N}{\Σ}}{i}_m\left(t_k\right)cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

$b_{m0}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N}{\Σ}}{i}_m\left(t_k\right)sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

$a_{n0}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N}{\Σ}}{i}_n\left(t_k\right)cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

$b_{n0}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N}{\Σ}}{i}_n\left(t_k\right)sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{\·}{I}}_{fh}=a_{m0}+{\mathrm{jb}}_{m0}$

2)对于每一个采样点，首先快速电流差动保护系统启动，启动后进入故障处理模块，利用傅立叶递推算法计算故障后两侧电流相量公式为：

$a_m=a_{m0}+\frac{2}{N}\[i_m\left(t_k\right)-i_m\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$

$b_m=b_{m0}+\frac{2}{N}\[i_m\left(t_k\right)-i_m\left(t_{k-N}\right)\]\sin \frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{\·}{I}}_m=a_m+{\mathrm{jb}}_m$

$a_n=a_{n0}+\frac{2}{N}\[i_n\left(t_k\right)-i_n\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$

$b_n=b_{n0}+\frac{2}{N}\[i_n\left(t_k\right)-i_n\left(t_{k-N}\right)\]sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{\·}{I}}_n=a_n+{\mathrm{jb}}_n$

3)利用电流相量构造的电流差动保护判据为：

$\left|{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n\right|>0.7\left|{\stackrel{\·}{I}}_m-{\stackrel{\·}{I}}_n-0.5{\stackrel{\·}{I}}_{fh}\right|$

4)当且电流差动保护判据满足，保护动作，如图1所示。(2)实施例二

1)采集线路两侧各自三相电流采样值，对于每一个采样点，首先判启动，启动进入故障处理程序，利用傅立叶递推算法计算故障后两侧电流突变量相量公式为

${\mathrm{\Δa}}_m=\frac{2}{N}\[i_m\left(t_k\right)-i_m\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

${\mathrm{\Δb}}_m=\frac{2}{N}\[i_m\left(t_k\right)-i_m\left(t_{k-N}\right)\]sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_m={\mathrm{\Δa}}_m+{\mathrm{j\Δb}}_m$

${\mathrm{\Δa}}_n=\frac{2}{N}\[i_n\left(t_k\right)-i_n\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

${\mathrm{\Δb}}_n=\frac{2}{N}\[i_n\left(t_k\right)-i_n\left(t_{k-N}\right)\]sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_n={\mathrm{\Δa}}_n+{\mathrm{j\Δb}}_n$

2)利用电流突变量相量构造的电流差动保护判据

利用电流突变量相量构造的电流差动保护判据为

$\left|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_m+\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_n\right|>0.7\left|k_1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{max}-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{min}\right|$

k₁＝0.35，为对应的电流突变量相量，为对应的电流突变量相量。

3)当且电流差动保护判据满足，保护动作，如图1所示。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：包括：

获取输电线路电流相量；

获取输电线路故障后电流相量；

根据电流相量和电流突变量相量分别构造各自的电流差动保护判据；

当其中一个所述电流差动保护判据满足时，保护动作。

2.如权利要求1所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：对于每一个采样点，利用傅立叶递推算法计算输电线路故障后电流相量。

3.如权利要求1或2所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：所述输电线路故障后电流相量通过下式确定：

$\stackrel{\·}{I}\left(t_k\right)=a\left(t_k\right)+jb\left(t_k\right)$

其中， $a\left(t_k\right)=a_0+\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]\cos \frac{2k\mathrm{\π}}{N},b\left(t_k\right)=b_0+\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]\sin \frac{2k\mathrm{\π}}{N},$ a₀、b₀为利用傅立叶递推算法计算相量的初值，t_k为第k个点，N为一个周波的采样点数。

4.如权利要求3所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：所述输电线路电流相量初值通过下式确定：

${\stackrel{\·}{I}}_0=a_0+{\mathrm{jb}}_0$

其中， $a_0=\frac{2}{N}\underset{k=-N}{\overset{0}{\Σ}}i\left(t_k\right)cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},b_0=\frac{2}{N}\underset{k=-N}{\overset{0}{\Σ}}i\left(t_k\right)sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N}.$

5.如权利要求1所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：利用傅立叶递推算法计算故障后突变量电流相量公式为：

$\mathrm{\Δ}\stackrel{\·}{I}\left(t_k\right)=\mathrm{\Δ}a\left(t_k\right)+j\mathrm{\Δ}b\left(t_k\right)$

其中， ${\mathrm{\Δa}}_k\left(t_k\right)=\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]cos\frac{2k\mathrm{\π}}{N},{\mathrm{\Δb}}_k\left(t_k\right)=\frac{2}{N}\[i\left(t_k\right)-i\left(t_{k-N}\right)\]sin\frac{2k\mathrm{\π}}{N},$ t_k为第k个点，N为一个周波的采样点数。

6.如权利要求4所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：利用电流相量构造的电流差动保护判据为：

$|{\stackrel{\·}{I}}_m+{\stackrel{\·}{I}}_n|>0.7|{\stackrel{\·}{I}}_m-{\stackrel{\·}{I}}_n-0.5{\stackrel{\·}{I}}_{fh}|$

其中，和为输电线路两侧的电流相量，

7.如权利要求6所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：利用突变量电流相量构造的电流差动保护判据为：

$|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_m+\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_n|>0.7|k_1\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{max}-\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{min}|$

其中，和为输电线路两侧的电流相量的突变量，k₁为制动系数,且k₁＝0.35，为对应的突变量电流相量，为对应的突变量电流相量。

8.如权利要求1所述的一种基于傅里叶递推算法的快速电流差动保护方法，其特征在于：利用电流相量构造的电流差动保护判据和利用突变量电流相量构造的电流差动保护判据通过“或”门输出。